我国CCUS运输管网布局规划与展望

能源经济预测与展望研究报告 FORECASTING AND PROSPECTS RESEARCH REPORT CEEP-BIT-2023-006（总第70期） 我国CCUS运输管网布局规划与展望 2023年1月8日 北京理工大学能源与环境政策研究中心 http://ceep.bit.edu.cn 能源经济预测与展望研究报告发布会 主办单位：北京理工大学能源与环境政策研究中心 北京理工大学国家安全与发展研究院 能源经济与环境管理北京市重点实验室 协办单位：北京经济社会可持续发展研究基地 北京理工大学管理与经济学院 中国“双法”研究会能源经济与管理研究分会 中国能源研究会能源经济专业委员会 特别声明 本报告是由北京理工大学能源与环境政策研究中心研究团队完成的系列研究报告之一。如果需要转载，须事先征得中心同意并注明“转载自北京理工大学能源与环境政策研究中心系列研究报告”字样。 我国CCUS运输管网布局规划与展望 执 笔 人：魏一鸣、刘兰翠、康佳宁、李小裕、崔鸿堃、田晓曦、张云龙、彭凇 作者单位：北京理工大学能源与环境政策研究中心 联 系 人：康佳宁 研究资助：国家自然科学基金项目（72293600，72104025）。 北京理工大学能源与环境政策研究中心 北京市海淀区中关村南大街5号 邮编：100081 电话：010-68918651 传真：010-68918651 E-mail: kangjianing@bit.edu.cn 网址：http://ceep.bit.edu.cn Center for Energy and Environmental Policy Research Beijing Institute of Technology 5 Zhongguancun South Street, Haidian District, Beijing 100081, China Tel: 86-10-68918651 Fax: 86-10-68918651 E-mail: kangjianing@bit.edu.cn Website: http://ceep.bit.edu.cn 1 我国CCUS运输管网布局规划与展望 二氧化碳捕集、利用与封存（CCUS）既可以实现二氧化碳大规模减排，又可以最低成本应对能源安全和气候安全的双重挑战，是实现碳中和目标的重要保障技术。碳中和目标的实现对CCUS技术需求巨大，其规模化发展势必将依赖长距离的CO2专用运输管网及其配套基础设施建设。然而，我国CO2管道运输尚在起步阶段，亟需规划与碳中和目标相匹配的管网布局方案。基于此，本报告着重分析了碳中和目标下我国CCUS管网发展需求和布局规划，并提出了相应的发展建议。 一、CCUS运输发展现状 （一）CCUS技术是实现深度脱碳的必不可少技术 CCUS技术内涵逐步向深度脱碳发展。一方面，实现全球1.5°C温控目标要求本世纪中叶前将人为净碳排放降为零，CCUS技术是化石能源系统实现净零排放的唯一选择，也是钢铁水泥等难减排高碳工业“减最后一吨碳”的重要托底技术。另一方面，即使顺利实现净零排放目标，历史发展中所积累的过量温室气体仍可能导致不可逆的气候危机，政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布的1.5°C特别报告和第六次评估报告分别将生物质能碳捕集利用与封存（BECCS）和直接空气捕集（DAC）等碳移除技术纳入CCUS技术内涵，其与可再生能源相结合将提供负排放机会，从而降低大气中CO2浓度，减少气候风险。 2 CCUS是我国实现碳中和目标必不可少的技术构成。据北京理工大学能源与环境政策研究中心研究结果显示，2060年前实现碳中和，即使大力发展以风能、光伏为代表的先进低碳技术和能效提高技术， 2030年到2060年间仍将有累计约239-335亿吨的CO2排放需要通过CCUS技术实现减排，其中，以煤电占主力的电力行业需累计减排约173-233亿吨CO2，钢铁、水泥、化工等行业需减排约66-102亿吨，预计将累计部署千余项项目。 （二）CO2管道运输是未来CCUS规模化发展的主要输送方式 CO2管道运输在运输规模、成本和社会效益方面具有明显优势，是实现陆上大规模长距离低成本CO2运输的首选。目前已经付于实践的陆上CO2运输方式主要有公路罐车运输和管道运输。其中，公路罐车具有运输灵活、可利用现有公路系统、前期投资少等优势，但其运力低、单位成本高、挤占道路资源、易产生安全事故，主要适用于小规模、短距离、非连续性陆上运输的CCUS示范项目。管道运输具有运量大、运输距离远、可实现连续性运输、运输成本相对较低、受外界干扰影响小、挤占社会公共资源少等优势，是目前国际陆上大规模CCUS项目最主要的运输形式。但其前期投资高昂，受地形影响大，需要超前规划。 目前全球有CO2运输管道近9000公里，主要集中在北美地区。美国的CO2管道基础设施大多建于20世纪80年代至90年代，目前已建成超50条独立的二氧化碳输送管道，管网总长度超过7200公里，由十几家不同的公司运营，总输量可达6.8亿吨/年。加拿大现有 3 与在建的CO2运输管道超过370公里。据估计，为实现全球气候目标，到2050年，北美的二氧化碳运输管道网络需要从约9000公里增长至43000公里。 CO2管道运输商业模式基本形成。商业模式是影响CCUS管网发展的重要因素，在北美和欧洲主要存在两种商业模式，即门槛支付模式和共同建设模式。门槛支付模式中管道的所有权归属于承担建设成本的能源基础设施公司，需求方通过缴纳费用获得管道的使用许可。由于门槛支付模式对于管道所属公司的财力要求较高，为了分担成本和风险，进一步形成了共同建设模式。共同建设模式是由几家公司共同出资完成管道建设，一起承担成本和风险，并共同分享利润和权益。与国外两种典型模式不同，我国现有全流程CCUS项目一般采用自建自用模式，即项目及其CO2运输管道由单个大型企业独立开发、建设和运营。 （三）我国CO2运输以罐车输送为主而管道运输较少 我国CO2运输主要以低温储罐公路运输为主，CO2管道运输处于起步阶段。我国现有CCUS试点示范项目基本都采用公路罐车运输方式，现有商业化和示范项目中已建成CO2运输管道3条，累计长度约80公里，分别是吉林油田EOR项目CO2运输管道、华东油田EOR项目CO2运输管道和胜利油田EOR项目CO2运输管道。另有数条已完成预可研或设计，累计长度可超过300公里。作为承接CO2捕集和封存利用端的重要桥梁，我国CO2管道运输需要快速发展，以满足实现碳中和的CCUS大规模减排需求。 4 二、我国CCUS管网布局规划研究 综合考虑煤电的排放特点、面向碳中和的减排需求，运行时间以及对于能源安全与经济安全的重要保障作用等，本研究以煤电作为CO2运输管网布局的碳源，以地质封存和地质利用为CCUS碳汇，进行面向碳中和的CCUS管网布局研究。根据北京理工大学能源与环境政策研究中心自主开发的C3IAM/NET模型评估结果显示，要实现全国碳中和，低技术需求情景下，从2030年到2050年，CCUS所需承担的煤电二氧化碳减排量为78.54亿吨，年峰值为6.54亿吨二氧化碳；高技术需求情景下，CCUS技术在煤电行业的年减排需求峰值将增长至15.36亿吨CO2。 （一）碳中和目标下全国CCUS管网规划布局 全国需建设总里程超过1.7万公里的CO2运输管道。若CCUS技术要实现6.54亿吨CO2的最大年减排需求，需要对全国172个煤电集群进行改造，总计改造装机容量170.13 GW，需要182个封存枢纽参与CO2封存或利用，所需的CO2运输管道总里程达17589公里，单条管道平均长度为57.7公里，最长长度达535公里（在青海）；若要进一步实现15.36亿吨CO2的最大年减排量，需要对全国240个煤电集群进行改造，总计改造装机容量为366.55 GW，需要254个封存枢纽参与CO2封存或利用，所需建设的CO2运输管道总里程预计将增至26032公里，单条管道平均长度为59.8公里，最长管道长度仍为535公里。 5 图1 碳中和目标下我国煤电CCUS管网布局 （二）CCUS管网的区域规划布局 东北、华北、西北地区是未来开展CCUS管网建设的主要区域。当减排需求峰值为6.54亿吨CO2/年时，东北、华北、西北地区（下文简称“三北”地区）所需建设的CO2管道总长度预计将到达约1.43万公里，占全国CO2管道总长度的81.3%。“三北”地区的CO2管道建设受地震带因素影响程度较高，单条管道的输送距离和容量较大，管道直径主要为8英寸、12英寸和16英寸，30英寸和36英寸的大管径管道较少。松辽盆地、鄂尔多斯盆地和准噶尔盆地周边区域可以形成较好的管道运输网络结构，具有集群优先发展潜力。西南、华东、华中和华南地区所需建设的CO2管道总长度约为3289公里，单条管道的输送距离和容量相对较小，管道的直径以6英寸、8英寸和12英寸为主。其中，华东和华中地区的CO2管道运输距离更短，管道独立 6 性更强，不利于形成管道运输网络结构，具有CO2地质利用收益的含油封存盆地的封存潜力也小于其它地区。 随着煤电CCUS减排需求峰值增加至15.36亿吨CO2/年，我国南部地区需要新建大量CO2运输管道。西南、华东、华中地区的CO2管道建设总长度需要增加至8275公里